高塩分海洋と低塩分海洋のエンケラドスにおける海洋循環

エンケラドスの地下海洋塩分濃度は地球より少ないと考えた方が良いような悪いような。濃度が低いと海洋循環が下層と上層に分かれてカッシーニが検出したシリカ粒子のサイズと合わなくなる。理論の継ぎ接ぎに無理があるのだろう。この論文は塩分が少ないとエンケラドスの地下海洋の循環はサンドイッチ状になるよ言うことでよさそう。以下、自動翻訳。

高塩分海洋と低塩分海洋のエンケラドスにおける海洋循環

2021年1月26日に提出

エンケラドスの海洋循環を考慮した以前の研究は、一般的に塩分が地球のようなものであると仮定していました。しかし、観測と地球化学的制約によれば、エンケラドスの海の塩分は低くなる可能性が高く、重要なことに、熱膨張の兆候を逆転させるのに十分なほど低い可能性があります。理論的な議論とMITgcmを使用したシミュレーションの組み合わせを使用して、エンケラドスの海洋の海洋循環と成層を調査します。塩分濃度が高いと、海全体が層状にならず、対流が海全体を支配していることがわかります。ただし、塩分濃度が十分に低い場合は、海面に層状の層が存在します。このような層は、熱とトレーサーの垂直フラックスを抑制することができます。それにより、氷殻への熱流束に影響を及ぼし、少なくとも数百年の層状層における垂直トレーサー混合時間スケールにつながります。この時間スケールは、プルームで検出されたシリカナノ粒子のサイズに基づく、数年の垂直海洋混合の以前の推定と矛盾しており、エンケラドスの海洋の塩分が以前に示唆されたものよりも高いか、またはシリカナノ粒子の観察は再考する必要があります。

キーワード：　エンケラドス　—海洋循環　—重層扁平層　—海洋熱輸送　—トレーサーミキシングタイムスケール

図1.塩分と温度の関数としての海水の熱膨張率α= −（1 /ρ）（∂ρ/∂T）

（a）20バールおよび（b）60バールの圧力で、エンケラドスの海の上部と下部を表しています。

黒い線はゼロ輪郭を示します。 赤い線は、海水の凝固点Tfを次の関数として示しています。

塩分。 黒線の下の領域は、海水の熱膨張率が負の領域です。 の塩分

黒と赤の線の交点は、負のαが存在する可能性のある最大塩分です。

与えられた圧力。 密度の計算は、Jackett＆Mcdougall（1995）に基づいており、凝固点の値は、Fofonoff＆Millard Jr（1983）に基づいています。

図2.さまざまな塩分を含むエンケラドスの海の予想される垂直構造の概略図。

（a）と（b）は、それぞれ高塩分海洋と低塩分海洋の鉛直構造と温度プロファイルを示しています。赤い線は温度プロファイルを示し、（b）の青い破線は臨界温度を示します

Tc、圧力が増加すると減少します。 高塩分海は事実上層化されていないと予想されますが、海全体の対流と、凝固点の周りの小さな負の垂直温度勾配があります。 低塩分海洋では、2つの層が予想されます：線形垂直の上部重層層

温度プロファイル、および弱い垂直温度勾配を持つ下部対流層。ザ・これらの2つの層の間の界面の温度は臨界温度Tcにあり、ここで熱膨張係数の符号が変わります。

図3.海洋熱輸送の3つの理想的なモデル。 （a）-（c）は回路図であり、（d）-（f）は「斜め」対流、半径方向拡散、および3つのモデルで予想される底面および表面の熱流束

それぞれ強い水平混合。 （d）-（f）において、破線は規定された底部熱流束を示しています。実線は表面熱流束を示します。 表面熱の計算の詳細についてはフラックスについては、付録Aを参照してください。

図4.シミュレーションの重力と底部の加熱パターン。 （a）垂直重力プロファイル。 黒い

破線は海面の半径を示しています。 （b）底部熱流束。 熱流束の帯状変動がないことに注意してください。

図5.高塩分と低塩分の海の垂直成層（それぞれ上段と下段）。 左から右に、熱膨張率α、ポテンシャルの水平方向に平均化された垂直プロファイルです。

温度θと成層N2≈αg∂θ/∂z。 黒い破線はゼロラインを示します。

図6.さまざまなシミュレーションの平衡状態における海洋温位と流れ場。

左から右に、3つの列は温位θ、帯状の時間平均帯状平均場を示しています

速度Uと垂直運動エネルギーW2、それぞれ。 パネル（j）ではカラーバーが飽和していることに注意してください。

LSanisoの表面温度は非常に低く（-0.6°C）、図5（e）に示すように、レイヤー層状の深さとともに直線的に上昇します。